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2013年中考电学之传感器、变阻器等问题收集整理

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2013 年中考物理电学压轴题之传感器、变阻器收集整理题
1、(2013 孝感)如下图甲所示为某型号汽车的自动测定油箱内油量 的电路原理图,其中电源两端的电压恒为 24V,R0=10Ω,A 为油量 指示表(一只量程为 0——0.6A 的电流表),RX 为压敏电阻,它的 上表面面积为 10cm2,其他阻值与所受压力的变化如下图乙所示,当 油箱加满油时,油量指示表的示数如下图丙所示。
(1)当 RX 所受压力为零时,RX 的阻值为多少? (2)当油箱内汽油用完时,油量指示表的指针指向某一位置,求此位置所对应的电流值是 多少?(计算结果保留两位小数) (3)油箱装满油时,油对 RX 的压力与压强各为多少?

(1)当 F=0 时,由图乙可知 RX =300Ω (2)当油箱内汽油用完时,F=0,RX =300Ω 由欧姆定律得 I=U/(RX +R0 )=24V/(300Ω+10Ω)=0.08A (3)当油箱加满油时,由题意及图丙可知,此时 I=0.6A 结合 I=U/(RX +R0 ) 得, RX =U/I-R0 =24V/0.6A-10Ω=30Ω 当 RX =30Ω 时,由图乙可知此时 F=2.8N 油对 RX 的压强 p=F/S=2.8N/(10× 10-4m2)=2.8× 103Pa
2、(2013 河南)小强利用压力传感器、电磁继电器、阻值可调 的电阻 R 等元件,设计了一个汽车超载自动报警电路,如图 16 所示。他了解到这种压力传感器所受压力越大时,输出的电压 U 就越大,二者的关系如图 17 所示。闭合开关 S,当继电器线圈中 电流大于或等于 20mA 时,衔铁被吸合。已知传感器的输出电压 U 即为继电器控制电路的电源电压,线圈的电阻为 20Ω 。
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(1)车辆不超载时,工作电路中绿灯亮;当传感器所受压力增大到一定程度时,红灯亮,说 明汽车超载。请你判断灯________ (选填“L1”或“L2”)是红灯。 (2)某水*公路桥禁止质量大于或等于 20t 的车辆通行,要用小强设计的装置为此桥报警,R 的阻值应调节为多少?(g 取 10N/kg) (3)在水*路面上,要使该装置报警,通过车辆的最小重力为多少? (4)请你运用所学物理知识,说明超载的一项危害。

(1)当传感器所受压力增大到一定程度时,由题意可知输出电压增大到一定程 度,继电器线圈中电流等于或大于 20mA,衔铁被吸合,灯 L2 亮,即 L2 是红灯。 (2)质量为 20t 的车辆对桥的压力 F=G=mg=20× 103kg× 10N/kg=2× 105N 当 F=2× 105N 时,由图 17 可知输出电压 U=1V。 此装置要为该桥报警,当 F=2× 105N 时,继电器线圈中电流 I=20mA=2× 10-2A 由欧姆定律得,R 总=U/I=1V/(2× 10-2A)=50Ω R=R 总-R 线=50Ω-20Ω=30Ω (3)由 U=I(R+R 线)可知,当 R 调为 0 时,输出电压最小,车的重最小时仍可 报警。最小输出电压 U=IR 线=2× 10-2A× 20Ω=0.4V. 由图 17 可知,此时对应的压力 F=0.8× 105N=8× 104N. (4)压强大,损坏路面(或质量大,惯性大,不易刹车)
3、(2013 南宁)图 22 甲所示是某工厂的水*传送带上产品运输及计数器的示意图。S 为 激光光源, 能连续发射粗细忽略不计的激光束; R 为光敏电阻, 当有光照射时, 其阻值较小, 无激光照射时,其阻值较大。每当水*传送带上的产品和传送带一起匀速通过 S 与 R 之间 时,射向光敏电阻的激光被产品挡住,通过电压表测出光敏电阻 R 两端电压随时间变化的 规律如图 22 乙所示。已知计数器的电源电压为 3V,保护电阻 R0=200Ω。若水*传送带上的 产品均是边长 a=0.1m、质量 m=2.5kg 的实心正方体,求: (1)产品的密度; (2)产品对传送带的压强; (3)传送带传输产品的速度; (4)计数器工作 1min, 光敏电 阻 R 在有激光照射时消耗的 电能。



图 22



(1)正方体产品的体积 V=a3=(0.1m)3=1× 10-3m3

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产品的密度 ρ=m/V=2.5kg/(1× 10-3m3)=2.5× 103kg/m3 (2)产品对传送带的压力 F=G=mg=2.5kg× 10N/kg=25N S=(0.1m)2=0.01m2 产品对传送带的压强 p=F/S=25N/(0.01m2)=2.5× 103Pa (3)当产品通过 S 与 R 之间时,光敏电阻 R 无光照射,由题意可知其阻值较大, 根据串联分压的规律此时电压表示数较大,结合图乙可知无光照射时间为 0.2s。 传送带传输产品的速度 v=a/t=0.1m/0.2s=0.5m/s. (4)从乙图可知,有激光照射时 R 两端电压 U1=1V, 电路中的电流 I=(U-U1)/R0=(3-1)V/200Ω=0.01A 1min 内有光照射 R 的时间 t=60× 0.4/0.6 s=40s 其消耗电能 W=U1It=1V× 0.01A× 40s=0.4J
4、(2013 娄底)电梯为居民出入带来很大的便利,小明家住东方豪苑某栋 6 楼,放学后, 乘电梯回家: (1)若小明的体重为 500N,脚与电梯地面的总接触面积为 0.05m ,则小明对电梯地面的压强为 多少? (2)若电梯在 20s 内将小明匀速提升 15m,在此过程中,电梯上升的速度是多少?电梯对 小明做了多少功?电梯对小明做功的功率为多少? 小明又查阅资料,了解到出于安全考虑,电梯都设置超载自动报警系统,其工作原理如 图甲所示,电路由工作电路和控制电路组成:在工作电路中,当电梯没有超载时,触点 K 与触点 A 接触,闭合开关 S,电动机正常工作;当电梯超载时,触点 K 与触点 B 接触,电铃 发出报警铃声,闭合开关 S,电动机不工作。在控制电路中,已知电源电压 U=6V,保护电 阻 R1=100Ω ,电阻式压力传感器(压敏电阻)R2 的阻值随压力 F 大小变化如图乙所示,电 . 梯底架自重和电磁铁线圈的阻值 都忽略不计。 ..............
电源 工作 电路 衔铁 电铃 弹簧 控制 电路 电梯底架 压敏电阻 R2 0 F/ N
2

R2/Ω


的磁性 (填“增强”、“减弱”或“不变”)。



(3)在控制电路中,当压敏电阻 R2 受到的压力 F 增大时,其阻值减小,从而使电磁铁

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(4)若电磁铁线圈电流达到 20mA 时,衔铁刚好被吸住,电铃发出警报声。当该电梯厢 内站立总质量为 1000kg 的乘客时,试通过计算说明电梯是否超载?(g 取 10N/kg)

(1)p=F/S=G/S=500N/0.05m2 = 1× 104Pa (2)v=s/t=15m/20s=0.75m/s W=Gh=500N× 15m=7.5× 103J P=W/t=7.5× 103J/20s=375W (3)控制电路的用电器由 R1 和 R2 串联组成,当压敏电阻 R2 受到的压力 F 增大 时,其阻值减小,电路中的电流增大,电磁铁磁性增强。 (4)总质量为 1000kg 的乘客的总重 G=mg=1000kg× 10N/kg=10000N. 当压力 F=10000N 时,由图乙可知 R2=100Ω 这时控制电路中的电流 I=U/(R1+R2)=6V/(100Ω+100Ω)=0.03A=30mA 30mA>20mA,由题意可知,衔铁被吸住,电铃发出警报声,说明电梯超载。
5、(2013 烟台)图 19 甲是某型号电子秤,其原理结构如图 19 乙所示.R0 为定值电阻,R 是压敏电阻,其阻使随所受压力 F 变化的关系如图 19 丙所示,改写电压表(量程为 3V)的 表盘数值后可直接读出所称物体的质量.设踏板的质量为 5Kg,电源电压保持 9V 不变.g 取 1ON/Kg. (1)空载时.电压表的示数为 1V.求 R0 的阻值. (2)该电子秤的量程多大? (3)如果保持电子秤结构和电压表量程不变, 只在电路中增加一个电阻. 使电子秤的量程变 为 11Okg.计算说明应使用多大的电阻?如何连接?

(1)空载时,踏板的重力 G0=m0g=5kg× 10N/kg=50N. 根据图像可知,当压敏电阻所受压力为 50N 时,其对应的电阻为 R1 等于 240Ω. 由欧姆定律可得通过压敏电阻的电流 I1=(U-U1)/R1=(9V-1V)/240Ω=1/30A 压敏电阻和 R0 串联,由欧姆定律可得 R0 的阻值:R0=U1/I1=1V/(1/30A)=30Ω.
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(2)电子秤量程最大时对应着电压表量程的最大值,此时 R0 分得电压为 3V, 此时电路中的电流 I2=U2/R0=3V/30Ω=0.1A 因为压敏电阻和 R0 串联,由欧姆定律可得压敏电阻的阻值 R2 为: R2=(U-U2)/I2=(9V-3V)/0.1A=60Ω 由图像可得 60Ω 的压敏电阻对应的压力为 950N,且踏板的重力为 50N, 所以此时能称量的最大质量为 m=G/g=(950N-50N)/10N/kg=90kg (3)当电子秤的量程变为 11Okg 时,由重力公式可得: G/ =m/g=110kg× 10N/kg=1100N 因为踏板的重力为 50N,所以压敏电阻受到的总压力为 1150N. 由图像可得,当压敏电阻所受压力为 1150N 时,其对应的电阻为 R3 等于 20Ω. 根据欧姆定律可得此时电路的总电阻 R 总=U/I2=9V/0.1A=90Ω 串联的电阻 R 加=R 总-R3-R0=90Ω-20Ω-30Ω=40Ω 要使电子秤的量程变为 11Okg,应串联一个阻值为 40Ω 的电阻。

6、(2013 成都)某兴趣小组设计了如图 34 所示电路,AB 为裸 导线,CD、EF 是材料、粗细完全相同的均匀裸电阻丝,其电阻 与长度成正比。AB、CD *行放置,并用导线与电流表、开关 S1 和电源相连,电源电压 U=10V,EF 垂直放置在 AB、CD 的中 点间,且接触良好,CD=2EF,A、C 两点有开关 S2。现只闭合 S1, 电流表示数 I1=1A; 若把 EF 从两中点间向左边移动一段距离后, 电流表的示数为 I2= 若把 EF 从两中点间向右边移动一段距离后,电流表的示数为 I3=2I1。求: (1)在上述 EF 向左、向右移动过程中,电路总电阻的变化量大小Δ R 左、Δ R 右各为多少? (2)电流表示数为 I2 时,EF 消耗的功率与电路消耗的总功率之比为多少? (3)把 EF 移动到 B、D 两点间,再闭合两开关,电路消耗的总功率为多少?

4 I1 ; 5

(1)电路为串联电路 R 总 1=
U 10V = =10Ω I 1 1A

R 总 2=

U 10V = =12.5Ω I 2 0.8 A

5

R 总 3=

U 10V = =5Ω I3 2A

Δ R 左= R 总 2- R 总 1 = 12.5Ω -10Ω =2.5Ω Δ R 右= R 总 1- R 总 3 = 10Ω -5Ω =5Ω (2)由题意 REF=

RCD =10Ω /2=5Ω 2

RCD=2REF =10Ω =2 :5

由 P=I2R 得 PEF:P 总=(I22×REF):(I22×R 总 2)= REF :R 总 2 (3)此时 REF 与 RCD 并联 P 总3 =

U2 U2 =(10V)2/5Ω +(10V)2/10Ω =30W ? REF RCD

7、(2013 乐山)寒寒在学*了滑动变阻器的原理后,用铅笔芯代替电阻线制作了一盏实验 台灯。 如图所示是台灯的原理图, AB 表示铅笔芯, P 是滑片, 寒寒选择的小灯泡 L 上标有 “6V 3W”的字样。 闭合开关 S 后,把滑片 P 移到 A 端时,小灯泡正常发光; 把滑片 P 移到 B 端时, 电流表的示数为 0.2 A.(小灯泡的阻值不随温度变化)求: (1)小灯泡的电阻 (2)铅笔芯的最大阻值 (3)当滑片 P 滑到 B 端时,小灯泡的实际功率

解:(1)由 P ? UI ?

U2 得 R

U 2 ?6V ? R? ? ? 12? P 3W
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(2) 当滑片在 A 端时, R AB ? 0? ,小灯泡正常发光
? 电源电压 U ? 6V 当滑片在 B 端时:

U L ? IR ? 0.2A ? 12? ? 2.4V U AB ? U ? U L ? 6V ? 2.4V ? 3.6V
R AB ? U AB 3.6V ? ? 18? I 0.2 A

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(3) 当滑片 P 滑到 B 端时,小灯泡的实际功率:

P ? UI ? I 2 R ? ?0.2 A? ?12? ? 0.48 W
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8、(2013 株洲)如图甲所示,是研究小组的同学们自制的简易电子秤原理图,它利用电压 表的示数来测物体的质量,托盘、弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起,托盘和弹簧的质 量不计,弹簧置于绝缘底座上。不计摩擦,弹簧始终在弹性限度内,电源电压恒定。 当盘中没有放物体时,滑片 P 在滑动变阻器的最上端,电压表的示数为 0。当称量物体的质 量时,滑片 P 在物体对电子秤的压力作用下向下端滑动,此过程中:

P





(1)变阻器连入电路的电阻 大”“变小”或“不变”);

,电流表的示数

,电压表的示数

(填“变

(2)经研究分析得出被测物体的质量与电压表的示数满足如乙图所示的关系,这样把电压 对应的质量刻在电压表的刻度盘上,就可以直接读出被测物体的质量。若电压表的示数为 1V,则被测物体的质量是 kg。

(1)“去表”简化电路,可以判断出滑动变阻器的全部阻值接入电路,滑片的 移动并不能改变连入的阻值, 故电路中电流也不会改变;电压表测的是滑动变阻 器上面一段电阻的电压,滑片向下滑动,上面一段电阻的阻值增大,其分得电压 将增大,电压表的示数增大。 (2) 由图乙可判断出物体质量 m 与电压 U 成正比, 此时电压是标出电压的 1/3, 故物体的质量是标出质量的 1/3,即 m=1.5kg× 1/3=0.5kg。 答案:(1)不变 (2) 不变 (3)变大 (4) 0.5
9、(2013 遂宁)在如图所示电路中,电源电压保持不变,灯 L 标有“4v 1.6w”字样。闭 合开关 S,当滑片 P 置于滑动变阻器的 C 点时,Rab=4Rac,灯 L 正常发光,20 秒内电流对滑 动变阻器做功为 16 焦。(灯 L 的电阻保持不变)求: (1) 灯 L 的阻值为多少Ω ? (2) 滑动变阻器 R 的最大阻值为多少Ω ? (3) 电源电压是多少 V? (4) 滑片 P 在 b 端时电压表的示数为 U1; 将滑片置于变阻器的某 一位置 D 时,电压表示数为 U2,且 U1:U2=8:5,则 P 置于 D 时 灯 L 实际消耗的电功率是多少 W?

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(1)灯 L 的阻值为 RL=U 额 2/P 额=(4V)2/1.6W=10Ω (2)滑动变阻器与灯 L 串联,当滑片 P 置于 C 点时,灯 L 正常发光。 此时电路中的电流 I0=I 额=P 额/U 额=1.6W/4V=0.4A 已知 20 秒内电流对滑动变阻器做功为 16 焦,由 WR=I12Ract 可算出 Rac: Rac=WR/(I02t)=16J/(0.42A2×20s)=5Ω 由题意可知滑动变阻器 R 的最大阻值 Rab=4Rac=4×5Ω=20Ω (3)由欧姆定律可计算出电源电压 U:U=I0(Rac+RL)=0.4A×(5Ω+10Ω)=6V (4)滑片 P 在 b 端时,滑动变阻器接入电路的阻值最大。 由欧姆定律可计算出此时电路中的电流 I1: I1=U/(Rab+RL)=6V/(20Ω+10Ω)=0.2A 电压表测的是滑动变阻器的电压,由欧姆定律可计算出此时滑动变阻器的电压 U1=I1Rab=0.2A×20Ω=4V 当滑片 P 在另一位置 D 时,电压表示数为 U2,由 U1:U2=8:5 可计算出 U2: 4V:U2=8:5 ,解得 U2=2.5V. 此时灯两端实际电压 U 实=U-U2=6V-2.5V=3.5V 灯 L 实际消耗的电功率 P 实=U 实 2/RL=(3.5V)2/10Ω=1.225W
10、(2013 连云港)如图所示,小灯泡的规格为“6V 6W",滑动变阻器的 最大阻值为 R,大小未知。电源电压和灯丝电阻均保持不变。 (1)求小灯泡的电阻。

R (2)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使滑动变阻器接人电路的阻值为 4 时,灯泡的
P 9 1 ? P2 1

功率为 P1,当滑动变阻器接人电路的阻值为 R 时灯泡的功率为 P2。已知 阻器的最大阻值 R 。

,求滑动变

R 3)假如滑动变阻器接人电路的阻值为 8 时,小灯泡正常发光。求电源电压。
小灯泡的电阻 RL=U 额 2/P 额=(6V)2/6W=6Ω 当滑动变阻器接人电路的阻值为 R/4 时,设电路中的电流为 I1
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当滑动变阻器接人电路的阻值为 R 时,设电路中的电流为 I2 由 P1:P2=9:1 ,P1=I12RL , P2=I22RL ,解得 I1:I2=3:1 由于电源电压不变,故有 I1(RL+R/4)=I2(RL+R) 将 RL=6Ω,I1:I2=3:1 带入上式解得 R=48Ω 当滑动变阻器接人电路的阻值为 R/8 时, 电路的总电阻 R 总=RL+R/8=6Ω+48Ω/8=12Ω 因为灯泡此时正常发光,所以此时电路中的电流为灯泡的额定电流 I=I 额=P 额/U 额=6W/6V=1A 电源电压 U 总=IR 总=1A×12Ω=12V

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